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4D成像雷达软硬兼施 性能变本加厉

来源:中央气象台发布时间: 2021-07-23 08:04

  Yole发布的《2020年雷达产业态势报告:厂商、应用与技术趋势》指出,到2025年,汽车市场预期将以11%的CAGR增长,因为汽车应用雷达已成为标准设备,在测试场景变得更严苛之后,有两大趋势正在涌现:第一是向能更准确描述车辆前后方场景的成像雷达前进;第二是增加车辆各处传感器的数量,通过协调来改善场景知觉。近年来出现的4D成像毫米波雷达恰恰反映了这些趋势。

1、4D毫米波雷达补短板

  传统毫米波雷达不具备测高能力,难以判断前方静止物体是在地面还是在空中,无法细化刹车场景,如井盖、减速带等无需刹车的地面低小障碍物;交通标识牌、龙门架、立交桥等无需刹车的空中障碍物;以及需要刹车的车辆、三角锥桶等路面上较大障碍物。为此,为避免误刹车频发,AEB算法便决定降低毫米波雷达的置信度权重,以视觉感知结果为主。然而,视觉感知的挑战在于,目标障碍物必须经过提前训练,而模型库又不可能穷举所有类型,所以很多静态障碍物成了“漏网之鱼”,此外即使有模型库,另一个挑战在于神经网络能否正确识别出前方障碍物。因此,便经常出现明明前方有障碍物、自动驾驶汽车却依然撞上去的结果。

  4D毫米波雷达又称为成像雷达,“4D”是指在原有距离、方位、速度的基础上增加了对目标的高度维数据解析,能够实现“3D+速度”四个维度的信息感知。

  而“成像”概念是指其具备超高的分辨率,可以有效解析目标的轮廓、类别、行为。这意味着4D毫米波雷达系统可以适应更多复杂路况,包括识别较小的物体,被遮挡的部分物体以及静止物体和横向移动障碍物的检测等。

  升级为4D毫米波雷达,AEB算法便可更多考虑毫米波雷达的感知结果,从而以更高概率识别路面上的静态障碍物,结合其高分辨率带来的优势,可以更有效地解析目标的轮廓、类别、行为,进而能知道在什么情况下必须刹车(避免漏刹)。

2、软硬兼施实现量产

  在毫米波雷达芯片圈内,头部厂商都认为实现4D成像的关键在于多天线,技术门槛并不高。多年来,市场一直由英飞凌和恩智浦把持。2020年初,英飞凌宣布与首创车载4D高清点云成像雷达的美国傲酷(Oculi)合作,进入汽车级成像雷达市场,但至今还没有看到产品。

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毫米波雷达市场格局及趋势

  为了抢占市场,德州仪器(TI)2016年底推出基于CMOS工艺的高集成度77GHz毫米波雷达传感器AWR1642系列,是为适用中短距场景的集成DSP和MCU的单芯片产品,在长距毫米波雷达芯片组市场仍甘拜下风。

  既然无法与毫米波雷达芯片巨头正面较量,只能走曲线救国的道路。何以见得?上面提到的傲酷首创了车载4D成像雷达,活学活用的就是德州仪器的芯片。

  德州仪器4D成像毫米波雷达概念于2018年底抛出,推出了基于AWR2243 FMCW(调频连续波)单芯片收发器的4片级联4D毫米波雷达全套设计方案,最难搞的天线也融入其中,内嵌四元件串馈贴片(4-element series-fed patch)天线。

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AWR2243的PCB天线

  AWR2243 FMCW收发器基于TI的低功耗45nm RFCMOS工艺,以单片实现具有内置PLL和A2D转换器的3Tx和4Rx系统。简单的编程模型更改可以实现多种传感器实现方式(短、中、长),并可动态重新配置以启用多模传感器。AWR2243收发器作为完整的平台解决方案提供,包括参考硬件设计、软件驱动程序、示例配置、API指南和用户文档。

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垂直装配的EVM样机

  算法包括MATLAB MIMO和波束形成两种选择,交钥匙工程让4D成像毫米波雷达技术门槛为之大降。也让傲酷们得以率先尝鲜。

  AWR2243是一款76GHz至81GHz汽车类第二代高性能MMIC。目前已成为中国乃至全球4D成像毫米波雷达主要采用的级联方案,有追求低成本的2片级联,也有追求高性能的4片级联。

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2片级联成像雷达

  2021年3月,傲酷用TI芯片实现了超高角分辨率4D成像前向雷达Eagle,是一个软硬兼施方式做出的产品。Eagle 77GHz成像雷达使用的是市场流行的TI毫米波雷达芯片,傲酷独有的软件使毫米波雷达实现了4D高清成像,探测距离在350米以上。